Voor het verklaren van de werking van een airco systeem maken we gebruik van het p-H of Mollier diagram van een koudemiddel. Hiervan zijn er vele maar hier gebruik ik het diagram van het koudemiddel R140a.
Voor de uitleg moeten we een paar dingen weten, nl:

  1. Warmte verplaatst zich altijd van hoge naar lage temperatuur;
  2. Een vloeistof die men gaat verwarmen verdampt. Als er bij een bepaalde druk en temperatuur warmte wordt toegevoerd nemen druk en temperatuur niet toe maar ontstaat er verzadigde damp tot er 100% verzadigde damp heeft. Het percentage vloeistof in die damp neemt af en het percentage damp dus toe. In deze toestand kan er veel verdampingswarmte worden opgenomen. Dit stukje proces vindt plaats in een verdamper.
  3. Het omgekeerde gebeurt als men een 100% verzadigde damp gaat afkoelen. Het verzadigingsgehalte neemt af  naar 0% zodat de damp weer vloeistof is geworden. Tijdens dit afkoelen gaan druk en temperatuur van de damp niet omlaag. Wel komt er veel verdampingswarmte vrij. Dit stukje proces vindt plaats in de condensor.
  4. Om tijdens het proces de druk in het systeem te verhogen wordt een compressor gebruikt. Om de druk te verlagen gebruikt men een expansie-ventiel.

Hieronder is het mollier diagram te zien.

Aan de linkerzijde zie je de y-as met daarop de druk in bar.
In het diagram zijn:
In rood de temperaturen aangegeven.
In groen het soortelijk volume.
In blauw de isentropie
In zwart: links de vloeistof-verzadigde damp lijn en rechts de verzadigde damp-gaslijn. Onder is de x-as getekend met daarop in zwart de warmte-inhoud of enthalpie van het koudemiddel in kJ/kg. Het verzadigde damp percentage als 0,1, 0,2 enz. en de gastemperatuur in rood.

Om het proces in het diagram in te tekenen bepalen we eerst de temperaturen. Eerst de temperatuur die in de condensor zal heersen. Bij 30 graden Celsius buitentemperatuur zal deze buitenlucht nog moeten koelen zodat we de temperatuur in de condensor op 40 graden Celsius tekenen.

Om het proces in het diagram in te tekenen bepalen we eerst de temperaturen. Eerst de temperatuur die in de condensor zal heersen. Bij 30 graden Celsius buitentemperatuur zal deze buitenlucht nog moeten koelen zodat we de temperatuur in de condensor op 40 graden Celsius tekenen.
Datzelfde geldt voor de verdamper. Deze zal warmte op moeten nemen en daarom kiezen we de temperatuur van het koudemiddel lager dan de ruimte waar de verdamper is geplaatst. In dit geval kiezen we min 10 graden Celsius voor het koudemiddel. In het diagram aan de linkerkant is dit gedaan.

De lijnen zijn getrokken tussen de vloeistoflijn links en de gaslijn rechts.

Om het proces goed in te tekenen verlengen we de bovenste lijn van de verdamper naar links tot het punt A. We onttrekken warmte tot  punt A. Daar is het dampmengsel allang overgegaan in vloeistof . Als je op de x-as kijkt zie je dat de warmte-inhoud van de vloeistof 200 kJ/kg bedraagt.

Op punt A is er een expansieventiel in de leiding gemonteerd. Aan een zijde heerst een druk van 10,1 bar en aan de andere zijde 2 bar.
Als het expansieventiel vloeistof doorlaat komt deze vloeistof plotseling onder een veel lagere druk te staan. Dan treedt er een verschijnsel op in de vloeistof dat men “flashen” noemt. Hierbij gaat de vloeistof spontaan koken en onttrekt de daarvoor benodigde warmte aan zichzelf. Dat gebeurt tussen de punten A en B in het volgende plaatje.

Tijdens het expanderen gaat de vloeistof bij ca. 3 bar door de vloeistoflijn en eindigt bij B. Op dat punt is de druk ca. 2 bar en bevat de vloeistof
ca. 6 % verzadigde damp. De warmte-inhoud is 200 kJ/kg gebleven. In de verdamper, de onderste lijn, zal de vloeistof steeds meer warmte uit de omgeving opnemen totdat alle vloeistof damp is geworden en 100% verzadigde damp is in punt C.
Tijdens het expanderen gaat de vloeistof bij ca. 3 bar door de vloeistoflijn en eindigt bij B. Op dat punt is de druk ca. 2 bar en bevat de vloeistof ca. 6 % verzadigde damp. De warmte-inhoud is 200 kJ/kg gebleven. In de verdamper, de onderste lijn, zal de vloeistof steeds meer warmte uit de omgeving opnemen totdat alle vloeistof damp is geworden en 100% verzadigde damp is in punt C.
Maar we laten de verzadigde vloeistofdamp nog iets meer warmte opnemen om er zeker van te zijn dat er geen vloeistof meer aanwezig is en er alleen oververhit gas is. Oververhit gas is beter te comprimeren. We zitten dan op punt D. De druk is daar 2 bar, de temperatuur 20 graden Celsius en de warmte-inhoud 417 kJ/kg.
Vanaf het expansie ventiel in A heeft het koudemiddel in de verdamper dus 417 – 200 = 217 kJ/kg opgenomen uit de omgeving.

Vanaf punt D kunnen we geen warmte meer opnemen en moeten we het koudemiddel wat nu gas is comprimeren naar 10,1 bar en 40 graden celsius.
Dit gebeurt langs de isentropielijn van  s = 1,825 J/K. Deze lijn loopt naar rechts schuin omhoog. De compressor voegt hier ook energie toe aan het gas en wel tot 456 kJ/kg. De warmte-inhoud van het gas is nu gestegen van 417 naar 456 kJ/kg = 39 kJ/kg.

Door dus slechts 39 kJ/kg aan het gasvormige koudemiddel toe te voegen met de compressor kunnen we in de condensor 456 – 200 = 256 kJ/kg warmte terugkrijgen door het koudemiddel af te koelen van punt E naar punt A waar het koudemiddel weer vloeistof is.

Bij een airco staat de condensor buiten en bij een warmtepomp zit de condensor in de hybryde CV ketel.

We kunnen gelijk het rendement uitrekenen van deze installatie. Rendement = (wat je krijgt / wat je moet doen) x 100%.

In dit voorbeeld krijgen we 256 kJ/kg en moeten we 39 kJ/kg toevoeren via de compressor. Deze compressor heeft een totaalrendement van ca. 70% zodat we eigenlijk 10/7 x 39 kJ/kg = 55 kJ/kg  toevoeren. In formule is dat 256/55 x 100% is hier 465% wat staat voor een COP van 4,65.

Uiteraard is dit maar een voorbeeld.